第三章工废气生物处理业

1、第三章 工业废气生物处理技术随着我国工业现代化进程，电子、橡胶、塑料、印刷、化工、建材等行业的迅速发展，行业生产过程中排入大气环境中的有机污染物(如苯系物、醛酮类、醇类等芳香族化合物)也在迅速增加。工业有机废气污泥已直接对人们的建康造成危害，传统的物理化学方法已经完全不能满足人们对空气净化的要求。微生物法净化方法应用于废水处理领域已有100多年的历史，而利用微生物治理大气污染的历史则很短。美国“利用微生物处理废气”于1957年获得专利；从20世纪70年代起荷兰和德国科学家将其应用于有机废气净化领域，并且获得了良好的净化效果；之后废气生物处理的研究与应用才引起各国的重视。到80年代，德国、日本、

2、荷兰等国已有一定数量工业规模的种类生物净化装置投入运行。对低质量浓度(5mg/m3)、生物降解性好的气态污染物，生物处理的效率可达到90%以上，显得更加经济有效。与传统的厌氧污染治理技术相比，利用微生物法治理大气污染具有处理效果好，设备简单，能耗低，不消耗有用的原料，投资及运行费用低，易于管理，安全可靠，无二次污染等优点。生物技术与传统方法的经济性比较方 法投资费用/美元运 转 费 用 燃料和药剂消耗/美元 能 耗/W燃烧法化学吸附法活性炭吸附法生物约001-0.6一、 有机废气的微生物处理技术 有机废气的微生物处理技术属于一种环保友好技术，微生物法更适于处理低质量浓

3、度的有机气态污染物，在欧洲，燃料费用较高，对于恶臭的控制规范也十分严格，因此微生物法广泛用于去除恶臭气体。1. 原理微生物处理技术的实质是利用有孔的、潮湿的介质上聚集的活性微生物的生命活动，将中的有害物质转变成为简单的无机物(如CO2和水)或组成自身细胞。与废水生物处理不同，废气的生物净化过程中，气态污染物首先从气相转移到液相或固相表面的液膜中，然后才能被液相或固相表面的微生物吸附并降解。一般认为微生物法净化有机废气需经历三个步骤： 有机废气成分首先与水接触并溶于水中； 溶解于液相中的有机成分在浓度差的推动下，进一步扩散至介质周围的生物膜，进而被其中的微生物捕捉并吸收； 进入微生物体内的有机污

4、染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，经生物化学反应最终转化为无害的化合物。2. 分类 根据微生物在工业废气处理过程中存在的形式，可将其处理方法分为生物洗涤法和生物过滤法两类。生物洗涤法是利用由微生物、营养物和水组成的微生物吸收液处理废气，适于吸收可溶性气态物。吸收了废气的微生物混合液再进行好氧处理，去除液体中吸收的污染物，经处理后的吸收液可重复使用。典型的生物洗涤形式有喷淋塔、鼓泡塔和穿孔板塔等生物洗涤器。生物过滤法是利用含有微生物的固体颗粒吸收废气中的污染物，然后微生物再将其转化无害物质。其典型的形式有土壤、堆肥等材料构成的生物滤床。 2.1 生物过滤法 鼓风机除尘控制室调节温

5、度排水过滤气体分配系喷淋生物过滤法最早出现在德国。1959年在德国的一个污水处理厂建立了一个填充土壤的生物过滤床，用于控制污水输送管散发的臭味。20世纪60年代，人们开始采用生物过滤法处理气态污染物；废气处理工艺利用含有微生物的固体颗粒吸收废气中的污染物，然后微生物再将其转化为无害物质。常用的工艺设备包括土壤滤池、堆肥滤池和微生物过滤箱。在生物滤池中，有孔的介质通过进气的湿度调节器和偶尔的喷淋而保持潮湿。迄今在德国和荷兰有500多座大规模的生物过滤处理装置，生物反应器的面积一般在10-2000m2之间，废气处理流量达到1000-150000m3/h。废气生物过滤反应装置示意图废气首先经过预处理

6、，包括去除颗粒物和调温调湿，然后经过气体分布器进入生物过滤器。生物过滤器中填充了有生物活性的介质(通常为天然有机材料，如堆肥、泥煤、骨壳、木片、树皮和泥土等)，有时也混用活性炭和聚苯乙烯颗粒。填料表面生长着各种微生物，当废气进入滤床时，废气中的污染物从气相主体扩散到介质外层的水膜而被介质吸收，同时氧气也由气相进入水膜，最终介质表面所附着的微生物消耗氧气而把污染物分解/转化为二氧化碳、水和无机盐。生物滴滤池(微生物过滤箱)土壤或堆肥生物滤池生物滤池分为土壤滤池、堆肥滤池和微生物过滤箱。土壤滤池处理废气具有以下优点： 投资小，为活性碳吸附法投资的1/101/5 。 无二次污染，微生物对污染物的氧化

7、作用完全，无污染物的积累或向其他介质转移。生物滴滤池的填料 有较强的抗冲击能力。遇到冲击负荷时，微生物的种类和数量能随废气中的有机物迅速变化。 堆肥滤池的工作原理基本与土壤滤池相同，不同之处在于： 土壤滤池的孔径较小，渗透性较差；所以在处理相同量的废气时，土壤滤池占地面积较大。 土壤滤池对处理无机气体所形成的酸性有一定的中和能力，尤其在用石灰预处理后其中和能力更强；堆肥滤池不能用石灰处理(易使其变成致密床层，降低处理效果)。 堆肥滤池中微生物比土壤滤池要多，对废气污染物去除率较高，且接触时间约为土壤滤池的1/41/2，其更适于处理含生物易降解污染物、废气量较大的场合。 堆肥滤池使用一段时间后会

8、出现结块趋势，因而需要周期性搅动以防结块。且堆肥为疏水性，需防止干燥(否则再湿润较困难)；土壤为亲水性，一般不会产生结块干燥现象。 土壤滤池的使用年限较堆肥滤池要长(堆肥本身可生物降解)。生物过滤法可去除废气中的异味、挥发性物质和有害物质。如应用于控制/去除城市污水处理设施中的臭味，化工过程中的生产废气，受污染土壤和地下水中的挥发性物质，室内空气中低浓度物质等。生物过滤器在运行中也会碰到一些问题，如填料降解需要更新，酸化导致pH升高，负荷过高发生堵塞，废气湿度过低使得填料干化。改进的方式有多点进气，生物滴滤反应器，膜生物反应器等。2.2 生物洗涤法生物悬浮液自吸收室顶部喷淋而下，混合有机气体的

9、空气从底部进入，污染物质向悬浮液转移，吸收了有机气体的悬浮液进入再生反应器，由生物降解去除。该法处理有机气体的效率取决于污泥浓度，p H值，溶解氧，营养盐的投加量及投加时间等。生物洗涤法工艺中气、液两相的接触方法除采用液相喷淋外，还可采用气相鼓泡；气相阻力较大可采用液相喷淋法，反之液相阻力较大时则采用鼓泡法。与鼓泡法相比，喷淋法处理能力大，可达到60m3/(m2.min)，从而大大减少了处理设备的体积，占地面积也少；对脱除复合型臭气效果显著，脱臭效率可达99%；而且能脱除很难治理的焦臭，但设备维修管理较为复杂。生物处理方法适宜处理多种挥发性有机物(VOCs)和许多工业废气中的无机蒸汽物质，这些

10、物质中含有氮、氯或(可产生少量酸的)硫化物。生物处理方法也有不适宜的地方，如含有油或油脂的灰尘和空气可能会阻塞滤床，使得生物法得不到很好的处理效果。 二、烟气微生物脱硫脱硝技术 在我国，大气污染以煤烟型污染为主。酸雨是硫酸型的，造成酸雨的主要原因是二氧化硫的排放，人类活动排入大气的二氧化硫中80%以上来自化石燃料的燃烧。控制二氧化硫排放方法主要有采用低硫燃料和清洁能源替代、燃料脱硫、燃烧过程中脱硫和末端尾气脱硫。其中利用微生物技术净化二氧化硫的技术。工艺包括煤炭生物脱硫和微生物烟气脱硫 2.1 煤炭微生物脱硫煤中的无机硫大部分以黄铁矿(FeS2)的形式存在，在微生物的作用下，煤中的无机硫被氧化

11、、溶解，最终生成硫酸和Fe2+而被去除。用于煤中无机硫脱除的微生物种类很多，其中主要的是氧化亚铁硫杆菌和硫化叶菌。无机硫脱除反应过程是，首先开采出来的原煤会与空气发生氧化反应，2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2FeSO4 + 2H2SO4 氧化亚铁硫杆菌能将FeSO4 氧化成Fe2（SO4）3，硫酸铁与黄铁矿继续反应生成更多的硫酸，硫酸又可使黄铁矿中的硫得到进一步转化而脱除：FeS2 + 7Fe2( SO4)3 + 8H2O 15FeSO4 + 8H2SO4 煤中的有机硫主要以噻吩基(C4H4S-)、硫基(-S-)和多硫基(-S-)x形式存在，其中二苯并噻吩(DBT)是煤中含量较高的有机

12、硫。在微生物酶的作用下，使C-S键断裂。DBT分解有两条途径：一是通过微生物的作用环羟化使碳环开环，结构变化，把不溶水的DBT转换成可溶性噻吩衍生物；二是通过微生物的直接作用，将DBT中的硫元素变成硫酸而从煤中脱硫。参与作用的微生物主要有拟单球菌、恶臭假单胞菌、不动杆菌、根瘤菌、大肠杆菌等。2.2 微生物烟气脱硫原理： 烟气中的SO2一方面以物理吸附、化学反应的形式转变为H2SO4，另一方面在微生物的作用下促使反应加快。吸收液中的微生物使Fe2+和Fe3+相互转化，使反应迅速发生。Fe离子，微生物 2SO2 + O2 + 2H2O 2H2SO4 微生物Fe2(S04) 3 + SO2 + 2H

13、2O 2FeSO4 + 2H2SO4 工艺：微生物烟气脱硫工艺流程如图示：脱硫气含硫烟气生化反应器1循环吸收液灰泥生化反应器2反冲洗水气 利用含有脱硫菌的溶液作为循环吸收液，以粉煤灰中Fe2O3被离子化后产生的铁离子作为催化剂和反应介质，建立两个生化反应器：一个为吸收塔，利用含有微生物的吸收液做喷淋水，与进入反应器的烟道气发生生化反应；另一个为三层滤料生物滤池，在粒状填料表面，微生物经驯化、培育和挂膜后形成一层生物膜，与吸收塔出来的气水混合物进一步发生反应，使烟气中剩余的SO2很快被脱除，同时生物滤膜料对循环吸收液起净化作用，防止喷淋水堵塞喷咀。2.3 微生物烟气脱硝技术 NOx是大气污染的主

14、要污染物之一，NOx主要来自化石燃料燃烧和硝酸、电镀等工业排放的废气以及汽车排放的尾气。目前脱除NOx的技术主要包括选择性催化还原技术、选择性非催化还原技术、液膜法和生物处理法。方 法优 点缺 点适用气体选择性催化还原技术可获得高达95%以上的净化效率易发生催化剂中毒现象，工作温度较高(300以上)适用于含灰量低的高温气体选择性非催化还原技术费用低，能耗少，适用性广净化率一般在30%左右，操作较困难燃煤烟气液膜法运行稳定，设备使用寿命长，可同时脱硫选择性低NOx体积百分比为0.05%-1.01%生物处理法净化效率较高，投资运行费用低，无二次污染，易管理尚处于试验阶段，无成熟工艺各种含NOx的气体NOx 废气净化技术比较原理：微生物处理NOx与处理有机挥发物及臭气有较大的不同，NOx是无机气体。适宜的脱氮菌在有外加碳源的情况下系统 ，利用NOx作为氮源，将NOx还原成最基本的无害的N2，而脱氮菌本身获得生长繁殖。工艺：含NO